Het rampzalige Dungeness-krabseizoen 2015-16, vertraagd en ingekort door een ongekende bloei van giftige algen, is een bittere herinnering voor de visserij aan de westkust. De boosdoener was domoïnezuur, een krachtig neurotoxine geproduceerd door zeealgen en in 1987 ontdekt als de oorzaak van amnesische schelpdiervergiftiging.

Wetenschappers van UC Santa Cruz hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het begrijpen en voorspellen van de omstandigheden die leiden tot grote bloei van de toxineproducerende algen (diatomeeën genaamd Pseudo-nitzschia ). Maar één aspect van deze giftige algenbloei, die van invloed zijn op zowel wilde dieren als economisch belangrijke visserijen, blijft een mysterie:hoe maken de algen domoïnezuur en wat veroorzaakt de productie ervan?

Marilou Sison Mangus, een assistent-professor oceaanwetenschappen aan UC Santa Cruz, legt uit dat de algen het toxine niet altijd produceren. "Elke lente en zomer bloeien er Pseudo-nitzschia's langs de kust van Californië, maar de giftigheid varieert sterk, " zegt ze. "Voor de visindustrie, dit toxine kan een grote impact hebben, dus we willen de mechanismen achter de productie ervan begrijpen. Het is een vraag van 30 jaar."

Een nieuwe subsidie ​​van NOAA's programma Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB) financiert een onderzoeksproject onder leiding van Sison-Mangus om die vraag te beantwoorden. Haar co-onderzoekers van dit interdisciplinaire project zijn onder meer professor scheikunde Phil Crews en statisticus Juhee Lee, universitair docent toegepaste wiskunde en statistiek. De NOAA-subsidie ​​​​biedt $ 130, 000 per jaar gedurende drie jaar, maar alleen het eerste jaar van financiering is gegarandeerd. De financiering voor de volgende jaren hangt af van de beschikbaarheid van toekomstige NOAA-kredieten.

Het laboratorium van Sison-Mangus aan de UC Santa Cruz heeft de rol van bacteriën bij de productie van domoïnezuur door algen onderzocht. Het blijkt dat Pseudo-nitzschia zelf heeft niet alle genen die nodig zijn om het toxine te synthetiseren.

"We denken dat een van de voorlopers die nodig zijn voor de synthese van domoïnezuur wordt geproduceerd door bacteriën, " zei Sison-Mangus. "Als dat het geval is, misschien kunnen we de aanwezigheid van de bacteriën gebruiken als een marker om de toxiciteit van de algen te voorspellen."

Eerdere experimenten van Sison-Mangus en anderen hebben aangetoond dat bacterievrije culturen van Pseudo-nitzschia zijn niet in staat om domoïnezuur te produceren, terwijl het toevoegen van bacteriën aan de culturen de toxineproductie herstelt. Ze heeft ontdekt dat mariene bacteriën in de stam Bacteroidetes, alleen of in combinatie met andere bacteriën, veroorzaken consequent een grote piek in de productie van domoïnezuur in culturen van drie verschillende Pseudo-nitzschia-soorten.

Sison-Mangus heeft ook de algenbloei in Monterey Bay gevolgd en een nauwe correlatie gevonden tussen domoïnezuurniveaus en de aanwezigheid van Bacteroidetes-bacteriën in verband met Pseudo-nitzschia. Elektronenmicroscoopbeelden tonen de bacteriën die op het buitenoppervlak van de algencellen leven.

"We weten dat deze bacteriën worden geassocieerd met giftige bloemen in de oceaan, en we weten dat ze toxiciteit veroorzaken in het lab, maar we kennen de mechanismen van toxineproductie niet, ' zei Sison-Mangus.

Een deel van het nieuwe onderzoeksproject zal zich richten op het ontrafelen van de details van hoe algen en bacteriën op elkaar inwerken om domoïnezuur te produceren. Een ander deel van het project zal monitoringgegevens van Monterey Bay gebruiken om te beoordelen hoe deze interactie past in de grotere context van de vele fysieke en omgevingsfactoren, zoals watertemperatuur en nutriëntenniveaus, ook bekend om de giftige algenbloei te beïnvloeden.

Het sorteren van de effecten van meerdere factoren, allemaal tegelijkertijd variërend in een complex systeem, is een uitdaging. Maar dit is het expertisegebied van Juhee Lee, en ze heeft een Bayesiaanse statistische modelleringsaanpak ontwikkeld die de onderzoekers zal helpen begrijpen hoe al deze factoren op elkaar inwerken om de ontwikkeling van een giftige algenbloei te beïnvloeden.